Вселенная может быть огромной, но у исследователей есть множество доказательств, раскрывающих ее форму. (Изображение предоставлено: Вэй Цюань Лин / Getty Images)
Вселенная может показаться бесформенной, потому что она так огромна, но у нее есть форма, которую астрономы могут наблюдать. Итак, какова ее форма?
Физики считают, что Вселенная плоская. Несколько линий доказательств указывают на эту плоскую Вселенную: свет, оставшийся от Большого Взрыва, скорость расширения Вселенной в разных местах и то, как Вселенная «выглядит» под разными углами.
Дэвид Спергель, астрофизик-теоретик и заслуженный профессор астрофизических наук Принстонского университета, десятилетиями исследовал форму Вселенной. В исследовании 2003 года, опубликованном в научном журнале The Astrophysical Journal, Спергель измерил неравномерности реликтового излучения, света, оставшегося после Большого взрыва, которые наблюдались с помощью зонда НАСА Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), а позже космическим кораблем «Планк» Европейского космического агентства. (1)
Количества положительной и отрицательной энергии в плоской Вселенной абсолютно одинаковы и, следовательно, компенсируют друг друга. Если бы у Вселенной была кривизна, одна была бы выше другой. «Плоская Вселенная соответствует Вселенной с нулевой энергией,» – сказал Спергель.
Читайте также: Сколько темной материи во Вселенной?
В этом случае измерения WMAP флуктуаций реликтового излучения показали, что Вселенная одновременно бесконечная и плоская. Спергель также сравнил эти измерения с измерениями, сделанными космическим кораблем Европейского космического агентства «Планк», которые еще больше ограничили возможные формы, которые могла бы принять Вселенная.
«Мы можем измерить кривизну с некоторой неопределенностью, поэтому мы можем сказать, что кривизна равна нулю с некоторой неопределенностью,» – сказал Спергель. «Хотя мы можем снизить неопределенность, мы в лучшем случае ограничиваем только геометрию».
Еще одна причина, по которой Спергель уверен, что Вселенная плоская, заключается в ее быстром расширении, которое фиксируется постоянной Хаббла. Поскольку Вселенная прошла путь от компактного шара материи до расширения вовне с поразительной скоростью, все это растяжение сделало ее плоской или, по крайней мере, настолько близкой к плоской, насколько это возможно.
Доказательства плоскостности Вселенной также проявляются в так называемой критической плотности. По данным Технологического университета Суинберна в Австралии, при критической плотности гипотетическая Вселенная была бы плоской и в конечном итоге перестала бы расширяться, но только через бесконечное время. Если бы гипотетическая вселенная была более плотной, она была бы изогнутой, как сфера, и в конечном итоге схлопнулась бы сама на себя из-за своей гравитации – предполагаемое явление, известное как «Большое сжатие». (2)
Но все измерения нашей реальной Вселенной предполагают, что ее плотность чуть ниже критической, а это означает, что Вселенная плоская и будет расширяться бесконечно.
Еще одно доказательство предполагает, что Вселенная плоская: она изотропна, то есть выглядит одинаково со всех сторон. Антон Чудайкин, физик Института ядерных исследований в России, и его коллеги изучили данные о колебаниях в обычной, или «барионной», материи, а также модели того, как атомные ядра тяжелее водорода были созданы вскоре после Большого взрыва, чтобы оценить кривизну Вселенной.
«В разных геометриях материя и свет развиваются по-разному, что позволяет нам извлекать трехмерную форму Вселенной из данных наблюдений,» – сказал Чудайкин.
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, показало, что с точностью до 0,2% Вселенная является плоской. «Собранные нами данные показывают, что пространственная кривизна соответствует нулю,» – пишут исследователи в исследовании. «Это означает, что наша Вселенная в пределах статистической неопределенности бесконечна». (3)
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
